【新發現】首次！美國明尼蘇達大學：3D打印厘米級人類心臟泵，能夠正常運轉
發布時間：
2020-07-23 09:00
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在一項開創性的新研究中，明尼蘇達大學（University of Minnesota）的研究人員在實驗室里3-D打印了一個厘米級的人體心臟泵。這項發現可能對研究心臟病產生重大意義，心臟病是美國每年60多萬人死亡的主要原因。
??這項研究發表在美國心臟協會出版的《循環研究》雜志的封面上。
??過去，研究人員曾嘗試3-D打印從多能人類干細胞中提取出來的心肌細胞。多能干細胞是一種可以發展成體內任何類型細胞的細胞。研究人員將這些干細胞重新編程為心肌細胞，然后使用專門的3-D打印機在稱為細胞外基質的三維結構中打印它們。問題是，科學家永遠無法達到心臟肌肉細胞真正發揮作用的關鍵細胞密度。
??在這項新的研究中，明尼蘇達大學的研究人員改變了這一過程，并且成功了。
??這項研究的首席研究員、明尼蘇達大學科學與工程學院生物醫學工程系主任布倫達·奧格爾（Brenda Ogle）表示，“一開始，我們嘗試3-D打印心肌細胞，但失敗了。后來，憑借我們團隊在干細胞研究和3-D打印方面的專長，我們決定嘗試一種新方法。我們優化了由細胞外基質蛋白制成的專用生物墨水，將生物墨水與人類干細胞結合，并使用生物墨水加細胞來3-D打印了心室結構。干細胞首先在結構中被擴展到高細胞密度，然后我們將它們分化成心肌細胞。”
??摘要圖解：A.人腔心臟泵（hChaMP）設計模板的橫截面圖。該模板來自于對人體心臟的磁共振成像掃描，該心臟被縮小了10倍（其最長軸處為1.3厘米，類似于老鼠心臟的大小），并經過修改以在心臟模板的腔室中形成一個單向流動環路。其目標是建立具有連續肌肉和相關泵功能的幾何結構復雜的心臟組織。B.該小組指定了獨特的類器官方法來產生hChaMP，其中人類誘導的多能干細胞（hiPSCs）以優化的方式沉積，基于細胞外基質的生物墨水，使多能干細胞擴張到組織樣密度，并隨后分化為心肌細胞。隨著時間的推移，hChaMP可以同步跳動，建立壓力，并像活泵一樣使液體運轉。
??研究小組發現，他們首次可以在不到一個月的時間內達到細胞密度高的目標，使細胞能夠像人類心臟一樣一起跳動。
??奧格爾表示，這是心臟研究的一個重要進展，因為這項新研究顯示了他們如何能夠以一種能夠組織和協同工作的方式3-D打印心肌細胞。因為這些細胞是在彼此相鄰的地方分化的，這更類似于干細胞在體內生長的方式，然后變成心肌細胞。
??與過去其他備受關注的研究相比，這項發現創造了一個類似于封閉的囊狀結構，有一個液體入口和一個液體出口，研究人員可以在這里測量心臟如何使血液在體內流動。這使得這個囊狀結構成為研究心臟功能的寶貴工具。
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人體心室肌泵的電化學功能
??人體心室肌泵(hChaMPs)的機械功能
??奧格爾表示，“我們現在有了一個模型來追蹤和追蹤在細胞和分子水平上的泵結構發生了什么，開始接近人類心臟。接下來，我們可以將疾病和損傷引入模型，然后研究藥物和其他療法的效果。”
??心臟肌肉模型大約1.5厘米長，是專門設計適合進入老鼠的腹腔進一步研究。
??雖然這些看起來是一個簡單的概念，但如何實現它是相當復雜的。研究人員已經看到了這種潛力，他們認為這項新發現可能會對心臟研究產生革命性的影響。
??參考：
【1】https://medicalxpress.com/news/2020-07-3d-heart-real-human-cells.html
【2】https://www.ahajournals.org/doi/10.1161/CIRCRESAHA.119.316155
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